Биомеханическая модель скелетной мышцы

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1/2016 ISSN 2410−700Х_
УДК 531/539: 61
Бегун Петр Иосифович
докт. техн. наук, профессор СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,
г. Санкт Петербург, РФ E-mail: begun@fromru. com
БИОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СКЕЛЕТНОЙ МЫШЦЫ
Аннотация
Предложена модель передачи усилия от миофиламентов к сухожилию, позволяющая рассматривать последовательность процессов, происходящих в скелетной мышце при различных режимах сокращения.
Ключевые слова
Cкелетная мышца, модель, сокращение, филаменты, сухожилия, режимы
Скелетные мышцы, составляющие около 40% тела человека, содержат множество волокон диаметром от 10 до 80 мкм. В большинстве скелетных мышц каждое волокно вытянуто во всю длину мышцы. На концах мышечного волокна поверхностный слой сарколеммы сливается с сухожильными волокнами. Клеточная мембрана мышечного волокна двуслойная: внешняя оболочка — базальная мембрана, внутренняя -сарколемма. Между этими оболочками располагаются клетки-сателлиты, играющие существенную роль в процессе миофибриллярной гипертрофии. Каждое мышечное волокно содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч миофибрилл. Они занимают 75 — 85% мышечного волокна. Часть миофибриллы, расположенной между двумя последовательными Z — дисками — саркомер. Длина саркомера приблизительно 2,5 мкм.
Цитоскелет мышечного волокна образуют нитевидные упругие молекулы ряда белков, обеспечивающих фиксацию каждой миофибриллы друг к другу, а также ряд белков, соединяющих Z-диски одной миофибриллы. Костамеры скелетных мышц, также содержащие несколько белков, соединяют Z-диски периферических миофибрилл с сарколеммой, являясь ребрами жесткости цитоскелета (рис. 1). Толщина нити цитоскелета 10 нм. Можно предположить, что расположенные в цитоскелете молекулы являются матрицей, определяющей положения начальных участков сократительных нитей. Пространство между миофибриллами заполнено внутриклеточной жидкостью — саркоплазмой.
а б в
Рисунок 1 — Схемы структур скелетной мышцы: а — локализация костамеров в мышечном волокне (1 —
миофибриллы, 2 — Z -диск, 3 — костамеры, 4 — сарколемма), б — привязка Z — дисков к элементам цитоскелета (1 — Z -линии, 2 — плазмолемма, 3 — миофибриллы, 4 — промежуточные филаменты, 5 — Z -диск,
6 — цитоскелетные филаменты), в — структура Z -дисков
В литературе рассмотрены различные гипотезы, объясняющие процессы, происходящие в мышцах при различных характерах нагружения. К сожалению, представленные и обсуждаемые в публикациях модели процессов передачи усилия от миофиламентов к сухожилию (представляющих одну из интереснейших проблем мышечного сокращения) не отражают адекватно современное представление о функционировании
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 1/2016 ISSN 2410−700Х_
мышцы. Наиболее часто в публикациях приводится трехкомпонентная модель мышцы [1, с. 147]. Основной недостаток этой модели состоит в том, что в скелетной мышце, в отличие от модели, миофибриллы не сопрягаются с сухожилиями. В модель мышцы, приведенной в [2, с. 11], не включены структуры, определяющие расположение саркомеров внутри сарколеммы.
На рис. 2 приведена предлагаемая модель сокращенного мышечного волокна, а на рис. 3 — схема мышцы, которая сокращается в концентрическом режиме (рс, рв, рп, рэ, — давление соответственно в сарколемме, волокне, перемизиуме, эпимизиуме).
Рисунок 2 — Схема деформированного мышечного волокна: 1 -сухожилие, 2 — эндомизиум, 3- базилярная мембрана, 4 сарколемма, 5 — костамеры, 6,7 — продольные и поперечные филаменты (волокна) цитоскелета
Рисунок 3 — Схема мышцы, сжатой при концентрическом режиме: 1 -сухожилие, 2 — эпимизиум, 3-перемизиум, 4- эндомизиум с базилярной мембраной, 5 — сарколемма, 6, 7 — миофибриллы
Сарколемма связана с сухожилием. При сокращении саркомеров уменьшается продольный размер сарколеммы, стягиваемой костамерами, соединенными с Ъ — дисками. Несжимаемая внутритканиевая жидкость, перемещаясь, создает давление и расширяет сарколемму. Деформированная сарколемма перемещает внутритканиевую жидкость и деформирует базальную мембрану и эндомизий. Деформация мышечных волокон вызывает последовательно деформацию перемизиума и эпимизиума. При этом внутритканиевая жидкость, находящаяся в промежутках между соединительно — тканными структурами, перемещаясь создает давления рс, рв, рп, рэ, и деформирует их. Деформированные соединительно — тканные структуры и уравновешивают ту нагрузку, которую преодолевает мышца.
При концентрическом и эксцентрическом режимах расширению сарколеммы препятствуют поперечные элементы цитоскелета, связывающие миофибриллы. Они разрушаются, если напряжения, возникающие в них, превышают допускаемые. При их разрушении нарушается ориентация миофибрилл. Повреждаются Ъ-диски, сарколемма, а также саркоплазматический ретикулум, содержащий кальций.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»
№ 1/2016
ISSN 2410−700Х
Повреждение сарколеммы приводит к активации клеток-сателлитов. За этим следует их деление и последующая гипертрофия мышечного волокна. При эксцентрическом режиме к изгибным деформациям соединительно — тканных структур добавляются деформации растяжения. Расширенная сарколемма вытягивается. Вытягиваются продольные волокна — филаменты цитоскелета. Список использованной литературы:
1. Бегун П. И., Шукейло Ю. А. Биомеханика: Учебник для ВУЗов.- СПб.: Политехника, 2000. — 463 с.
2. Вайн А. А. Явление передачи механического напряжения в скелетной мышце. Тарту: Изд. Тартуского университета, 1990. — 34 с.
© П. И. Бегун, 2016
УДК 504. 05
Ковалева Екатерина Геннадьевна
канд. техн. наук, ст. преподаватель БГТУ им. В. Г, Шухова,
Северин Николай Николаевич д-р пед. наук, профессор БГТУ им. В. Г, Шухова, Ермоленко Сергей Анатольевич преподаватель БЮИ, г. Белгород, РФ E-mail: zchs@intbel. ru
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ РИСКАМИ
Аннотация
На основе научно-методического аппарата анализа природных рисков возникновения чрезвычайных ситуаций приведены схемы управления природными рисками в масштабе страны
Ключевые слова
природный риск, управление, опасность, идентификация, поражающий фактор.
Одной из актуальных проблем обеспечения устойчивого развития как в долгосрочном, так и в краткосрочном плане является управление природными рисками (рисками стихийных бедствий). Под природным риском понимается возможность нежелательных последствий от природных процессов и явлений. Природный риск измеряется вероятной величиной потерь за определенный промежуток времени. Заблаговременное предвидение риска, выявление влияющих факторов, принятие мер по его снижению путем целенаправленного изменения этих факторов с учетом эффективности принимаемых мер составляет управление риском [1, c. 41].
Управление должно быть рациональным. Так, в последнее десятилетие в России и во всем мире наблюдается негативная тенденция увеличения потерь от стихийных бедствий. Одной из причин этого явления является направленность государственной политики обеспечения безопасности населения и объектов хозяйства в основном на ликвидацию последствий стихийных бедствий, а не на их профилактику. Необходимость экономии расходов государства потребовала переоценки представлений о сложившемся (как правило, стихийно) соотношении затрат на превентивные меры по снижению рисков и смягчению последствий ЧС, на ликвидацию их последствий [2, c. 138]. Целесообразность проведения мер защиты должна быть обоснована с учетом экономических (в условиях жестких финансовых ограничений) и социальных факторов. Так, повышение уровня защищенности объектов на один порядок требует больших усилий в научно-технической сфере и существенных затрат, сопоставимых с 10−20% стоимости проекта.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой